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比利时Ghent大学植物表型机器人WIWAM系列之WIWAM conveyor

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来源:博普特

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   植物表型组学(phenomics)是一门在基因组水平上系统研究植物在各种不同环境条件下所有表型形状特征的学科。2009年4月,先进届植物表型组大会在澳大利亚堪培拉成功举办,植物表型组学研究技术也进入一个新的阶段。


   WIWAM 植物表型成像分析系统由位于先进Ghent大学的VIB研究所、先进的自动化工程公司SMO联合欧洲先进科学家合作研制生产的新型植物表型组学研究平台,可以全自动、高通量、高容量测量分析拟南芥、水稻、玉米等植物的三维表型形状及生理状态及其与环境光照、温度、水、营养盐等的关系。


   现于比利时根特大学任教的马克·范蒙塔古(Marc Van Montagu)可以说是转基因技术的主要创始人之一,是Cropdesign公司创始人。上世纪70年代,他发现一种细菌在感染植物时会将自己的基因导入植物细胞,于是他提出,可以利用这种细菌将外源基因转入植物细胞,培育出较优良的植物品种,这种思路已经被写入高中生物教材,一直沿用至今,现在仍是植物转基因的主要手段。植物表型组技术的兴起也有他一份巨大的功劳,Cropdesign公司是植物表型成像技术的创立者;WIWAM植物表型成像系统目前的首席科学家是根特大学的Dirk Inze,较先进的植物科学家之一。


   WIWAM植物表型成像分析系统整合了LED植物智能培养、自动化控制系统、荧光成像测量分析(包括叶绿素、红荧光)、植物红外热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像、激光3D成像自动称重与浇灌系统等多项先进技术,以较优化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、水稻、玉米到各种其它植物的生理生态与形态结构成像分析,用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。


   作为先进家将大规模自动化理念和工业级零件和设备整合入植物成像系统的厂家,SMO公司在植物表型成像分析领域处于先进的技术前列,大面积叶绿素荧光成像系统使WIWAM成为植物表型分析与功能成像领域较为先进的仪器设备,植物生长、胁迫响应等测量参数达几百个。工业级部件品质使系统非常耐用,基本免维护,与同类产品相比,特点突出。目前WIWAM植物表型平台分为WIWAM XY,WIWAM Line以及WIWAM Conveyor 3个系列,目前增加了WIWAM 箱式成像柜以及业务表型分析系统。

 

植物表型成像系统WIWAM conveyor简介

   WIWAM conveyor是一款集成机器人解决方案,用于高通量可重复表型平台,用于大型植物,如玉米。该机器人可进行自动灌溉,允许定期对多种植物生长参数测量。WIWAM Conveyor 代替了很多手工操作,省时省钱,精度高。该WIWAM 机器人传送带网络组成 ,可将植物传送到1或多台称重浇水站以及成像柜,成像柜中安装有一系列的非损害性照相系统。 全套系统可以安装在现有温室,由高品质工业部件构成。典型应用是植物种植在不同各自花盆内。这些花盆在传送带系统上以小车运输。 花盆和小车均有少有识别码 (分别QR 和RFID 码) ,从其固定生长区域传送到称重和灌溉站以及成像柜,都可对每植株进行个性处理。成像平台是封闭区域,配有适合照像的光照条件, 配有旋转平台提升装置 ,可从观察角度稳定获得图像,聚焦远处感兴趣部分。 成像柜可以容纳一系列照相系统,用于非损害性图像获取。


   称重和灌溉站位置, 植物在浇水时旋转,以在花盆获得较佳水分布。灌溉精度较高可达 +/- 1 mL。浇水后,可应用指定容器中准备好的不同溶液。另外,灌溉可以基于对目标重量计算或固定量。这方法可以保证在整个实验中的有效土壤湿度水平。通过集成光、温度和湿度传感器监控环境,详细记录实验生长条件。


   该系统的精明之处在于包括1个“处理区”,系统可以提取和检索所需号码的属于特定基因组或处理的植株 。系统用户可进入操作区,可视觉观察植物或手工操作植物,如测量特定植物性扎状,或提取部分植物做分子或化学分析。系统另外一精明特征是可将外部植物装载 到系统中, 例如生长在另外一间温室或生长箱中的植物,可将其在称重和灌溉站成像和/或处理。

 

植物表型成像系统WIWAM conveyor特点

   称重和灌溉站位置, 植物在浇水时旋转,以在花盆获得较佳水分布。灌溉精度较高可达 +/- 1 mL。浇水后,可应用指定容器中准备好的不同溶液。另外,灌溉可以基于对目标重量计算或固定量。这方法可以保证在整个实验中的有效土壤湿度水平。通过集成光、温度和湿度传感器监控环境,详细记录实验生长条件。 
该系统的精明之处在于包括1个 ‘处理区‘,系统可以提取和检索所需号码的属于特定基因组或处理的植株 。系统用户可进入操作区,可视觉观察植物或手工操作植物,如测量特定植物性扎状,或提取部分植物做分子或化学分析。系统另外一精明特征是可将外部植物装载 到系统中, 例如生长在另外一间温室或生长箱中的植物,可将其在称重和灌溉站成像和/或处理。

 

IT 解决方案和储存

   WIWAM 软件在工业计算机上运行,触摸屏 。该软件配有用户友好图形界面, 用于控制机器人站行为以及以较高灵活度设计设计实验 。可同时运行多组实验,可运行不同随机模式 ,可及时规划单个植株或一组植株的处理。 在预设启动时间,PC机将向工业PLC 发送指令, 照管机器人移动 。所有成像,称重/浇水以及环境数据均可存于SQL数据库,记录后可用于分析记录 。系统采用了开放式数据库结构,可以直接获取图像。该平台可以与高性能计算相连,用于分析储存数据或者可与本地服务器设施整合。
   SMS 邮件服务可以通知用户机器报警和错误,可尽快进行用户干涉。系统可于任一点暂停和停下,UPS (不间断电源)可防止数据丢失和确保在停电后全系统恢复。该软件也有平台管理员系统设置和维护行为通道。

 

图像分析和数据可视化

   WIWAM Conveyor 有VIB开发的图像分析和数据可视化软件支持
此软件包, 称为 PIPPA, 是网络界面和数据库,一方面用来为不同类型的WIWAM植物表型平台提供管理的工具,另一方面用于分析图像和数据 。

   PIPPA 与该平台通讯,通过将PIPPA网络界面生成的实验结果传到平台。每个花盆的处理和基因型信息已在数据库限定以确保在整个实验中的数据一体性。实验期间,,PIPPA 对来自平台的称重,灌溉测量,环境数据,错误记录以及图像信息进行处理分析。PIPPA支持这些图像后续处理 (旋转/收获/等) 。图像分析文本可以在PIPPA 界面初始化, 可设置于网络服务器运行 (独立版本) 或计算机群运行,以快速生成结果。 随后,通过检查数据是否在特定阈值之内可在网络几面对输出文本进行验证,例如,是否生长相关性状,如植物枝条面积一段时间内是否增加。

 

植物表型成像系统WIWAM conveyor定制

   标准WIWAM Conveyor 设置可扩展,调整适应您的特定研究需求,或者较优化适合你的空间要求。可实施多个图像获取系统和可容纳特定大小花盆。

 


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